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백금

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목차

1. 개요

백금(Platinum)은 은백색의 귀금속으로, 화학적으로 안정적이고 다양한 용도로 사용된다. 금보다 단단하고, 공기나 산에 부식되지 않으며, 왕수에 녹는다. 백금은 촉매, 전기 접점 재료, 장신구, 투자, 의료 기기, 자동차 배기가스 제어 장치 등에 사용되며, 2014년에는 자동차 배기가스 제어 장치에 가장 많이 사용되었다. 주요 생산국은 남아프리카 공화국과 러시아이며, 자연에서 백금족 원소와 함께 광석으로 산출된다.

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  • 백금 - 백금족 원소
    백금족 원소는 회백색 광택, 화학적 안정성, 높은 녹는점, 큰 비중, 뛰어난 전연성, 부식 저항성을 지닌 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금 6가지 금속 원소의 귀금속으로, 촉매 특성이 뛰어나 자동차 배기가스 정화 촉매 등 다양한 산업 분야에 활용된다.
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    백금은 6가지 자연 동위 원소를 가지며, 이 중 192Pt, 194Pt, 195Pt, 196Pt, 198Pt는 안정 동위 원소이고 190Pt는 반감기가 매우 길며, 193Pt는 방사성 동위 원소이다.
  • 귀금속 - 은
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    형석은 라틴어에서 유래된 광물로, 철 제련의 용융제로 사용되고 형광 현상을 보이며 다양한 색상을 띠며, 불화수소 등 물질 생산의 원료이자 광학 렌즈, 반도체 제조 장비 등에도 활용된다.
백금
백금 정보
백금 결정
백금 결정
기본 정보
원소 기호Pt
원자 번호78
원소 이름백금
영어 이름Platinum
일본어 이름白金
로마자 표기bekggeum
라틴어 이름Platinum
왼쪽 원소이리듐
오른쪽 원소금
위쪽 원소Pd
아래쪽 원소Ds
계열전이 금속
족10
주기6
구역d
겉모습은백색
원자 질량195.084
전자 배열Xe 4f14 5d9 6s1
전자 껍질 당 전자 수2, 8, 18, 32, 17, 1
상태고체
밀도 (상온)21.45 g/cm3
밀도 (녹는점)19.77 g/cm3
녹는점 (켈빈)2041.4
녹는점 (섭씨)1768.3
녹는점 (화씨)3214.9
끓는점 (켈빈)4098
끓는점 (섭씨)3825
끓는점 (화씨)6917
융해열22.17 kJ/mol
기화열469 kJ/mol
열용량25.86 J/(mol·K)
증기압 (1 Pa)2330 K
증기압 (10 Pa)(2550) K
증기압 (100 Pa)2815 K
증기압 (1 kPa)3143 K
증기압 (10 kPa)3556 K
증기압 (100 kPa)4094 K
결정 구조면심 입방 구조
결정 구조 (일본어)면심 입방 격자 구조
격자 상수a = 392.36 pm (at 20 °C)
산화 상태6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2 (약염기성 산화물)
전기 음성도2.28
이온화 에너지 개수2
1차 이온화 에너지870 kJ/mol
2차 이온화 에너지1791 kJ/mol
원자 반지름139 pm
공유 반지름136 ± 5 pm
반데르발스 반지름175 pm
자기 정렬상자성
전기 저항 (20 °C)105 nΩ·m
열 전도율71.6 W/(m·K)
열팽창 계수 (20 °C)8.93 × 10-6/K
열팽창 계수 (25 °C)8.8
막대 음속 (상온)2800 m/s
인장 강도125–240 MPa
영률168 GPa
전단 탄성 계수61 GPa
부피 탄성 계수230 GPa
푸아송 비0.38
모스 굳기3.5
비커스 굳기400–550
브리넬 굳기300–500
CAS 등록 번호7440-06-4
일함수5.12-5.93 eV
동위 원소
동위 원소 정보백금-190: 존재비 0.014%, 반감기 6.5×1011년, 붕괴 방식 알파 붕괴, 붕괴 에너지 3.18 MeV, 붕괴 생성물 오스뮴-186
백금-192: 존재비 0.782%, 반감기 >6×1016년, 붕괴 방식 알파 붕괴, 붕괴 에너지 2.4181 MeV, 붕괴 생성물 오스뮴-188
백금-193: 존재비 인공, 반감기 50년, 붕괴 방식 전자 포획, 붕괴 생성물 이리듐-193
백금-194: 존재비 32.967%, 안정 동위 원소
백금-195: 존재비 33.832%, 안정 동위 원소
백금-196: 존재비 25.242%, 안정 동위 원소
백금-198: 존재비 7.356%, 반감기 >3.2×1014년, 붕괴 방식 알파 붕괴 및 이중 베타 붕괴, 알파 붕괴 에너지 0.0870 MeV, 이중 베타 붕괴 에너지 1.0472 MeV, 알파 붕괴 생성물 오스뮴-194, 이중 베타 붕괴 생성물 수은-198
발견 및 명명
발견자안토니오 데 울로아
발견일1735년
어원스페인어 "platina" (백금)
어원스페인어 "plata" (은)
기타 정보
참고 자료Encyclopædia Britannica 백금 항목




2. 화학적 성질

백금은 은보다 단단하고 전성, 연성이 있는 은백색 귀금속이다. 냉간 가공도 가능하지만, 보통 800°C~1000°C로 가열하여 가공한다. 소량의 이리듐을 첨가하면 굳기는 뚜렷하게 증가하지만 전성은 떨어진다. 팽창률은 유리와 거의 같아 유리기구 접합에 편리하다.

공기 중의 산소나 황화합물과 거의 결합하지 않아 부식되거나 변색되지 않는다. 강한 산에도 녹지 않지만, 왕수(질산과 염산의 혼합물)에 가장 잘 녹는다. 비소, 인, 규소와 잘 결합하며, 이리듐, 니켈, 오스뮴, 팔라듐, 로듐, 루테늄과의 합금이 널리 쓰인다. 원자 번호는 78, 원소 기호는 Pt, 원자질량은 195.078이다. 녹는점은 1768°C, 끓는점은 3825°C, 밀도는 실온에서 21.45g/cm3이다.

공기나 물 등에는 매우 안정적이며 고온으로 가열해도 변하지 않고, 산·알칼리에 강하여 내식성이 크다. 다만 왕수에는 서서히 녹고, 가성알칼리와 함께 고온으로 가열하면 침식된다. 플루오린, 염소, 황, 셀레늄 등과 가열하면 반응한다. 고온에서는 탄소를 흡수하고 냉각하면 방출하는데, 이때 백금 표면이 물러지므로 석탄, 코크스 또는 탄소가 많은 환원 불꽃 등으로 가열하는 것은 피해야 한다.

비소, 안티모니, 비스무트, 주석, 납 등과는 녹는점이 백금보다 훨씬 낮은 합금을 만든다. 미세한 분말 형태의 백금은 부피의 100배 이상 수소를 흡수하며, 적열 상태의 백금은 수소를 흡수하여 투과시킨다. 산소, 헬륨 등도 흡수하는데, 흡수된 수소나 산소는 활성화되므로 산화환원의 촉매로 중요하다.

백금 화합물은 다양하다. 백금은 염화 암모늄과 반응하여 육클로로백금산암모늄을 만든다.[110] 이 화합물은 불용성을 띤다. 이것을 가열하면 수소는 기체가 되어 날아가 순수한 백금으로 돌아가며, 백금은 재활용이 가능하다.[111] 헥사클로로백금산칼륨 역시 불용성이며, 여기서 칼륨은 칼륨 이온으로 양이온화된다.[112] 산화 백금의 화학식은 PtO2이며, 다른 산과 결합할 수 있다.[114] 백금은 시스플라틴이나 카보플라틴과 같은 항암제를 만드는 데 사용되기도 한다.

2. 1. 화학적 반응성

은백색의 귀금속인 백금은 금과 은 다음으로 쉽게 모양을 바꿀 수 있다. 즉 늘여서 가는 선으로 뽑을 수도 있고, 망치로 두들겨서 얇은 판을 만들 수도 있다.[10][11][12] 염화 수소나 질산 등을 섞으면 H2PtCl6가 된다.

백금은 우수한 내식성을 지닌다. 덩어리 백금은 어떤 온도에서도 공기 중에서 산화되지 않지만, 약 400°C로 가열하면 쉽게 제거할 수 있는 얇은 이산화백금(PtO2) 표면막을 형성한다.[14][15]

백금의 가장 일반적인 산화 상태는 +2와 +4이다. +1과 +3 산화 상태는 덜 일반적이며, 종종 이금속(또는 다금속) 종에서 금속 결합에 의해 안정화된다. 사배위 백금(II) 화합물은 16전자 정사각형 평면 기하학을 채택하는 경향이 있다. 원소 백금은 일반적으로 반응성이 없지만, 염소, 브롬, 요오드, 황에 의해 공격받는다. 500°C에서 불소와 활발하게 반응하여 사플루오르화백금을 형성한다.[16] 백금은 염산과 질산에는 녹지 않지만, 뜨거운 ''왕수''(질산과 염산의 혼합물)에 녹아 수용성 염화백금산(H2PtCl6)을 형성한다.[35][17]

:Pt + 4 HNO3 + 6 HCl → H2PtCl6 + 4 NO2 + 4 H2O

왕수(aqua regia)에 용해되는 백금


연산으로서, Pt2+ 이온은 황화물 및 황 리간드에 대한 큰 친화력을 갖는다.[18]

2007년, 독일 과학자 게르하르트 에르틀은 백금에서의 일산화탄소의 촉매 산화의 자세한 분자 메커니즘을 규명한 공로로 노벨 화학상을 수상했다.[19]

2. 2. 동위 원소

백금은 자연에서 6가지 동위 원소(190Pt영어, 192Pt영어, 194Pt영어, 195Pt영어, 196Pt영어, 198Pt영어)를 갖는다.[107] 이 중 가장 안정적인 동위 원소는 195Pt영어로, 자연 백금의 33.83%를 차지한다. 195Pt영어는 0이 아닌 스핀을 가진 유일한 안정 동위 원소이며, NMR 분광법 등에서 종종 관찰된다.[20] 190Pt영어는 0.01%로 가장 적게 존재한다. 자연에 존재하는 동위 원소 중 190Pt영어만이 불안정하며, 반감기는 6.5×1011년이다. 198Pt영어는 알파 붕괴를 하며 반감기가 약 3.2×1014년으로 가장 길다.[107]

백금 동위 원소는 질량수 166에서 202까지 31가지가 알려져 있으며, 인공 동위 원소까지 합하면 총 37가지이다.[107] 가장 불안정한 동위 원소는 165Pt영어와 166Pt영어로 반감기가 260μs이며, 가장 안정한 인공 동위 원소는 193Pt영어로 반감기가 50년이다.[21] 핵 이성질체 중 가장 짧은 반감기를 갖는 것은 166Pt영어 (300µs)이며, 가장 긴 것은 193Pt영어 (50년)이다. 백금의 방사성 동위 원소는 대부분 베타 붕괴와 알파 붕괴를 하며, 188Pt영어, 191Pt영어, 193Pt영어는 전자 포획을 한다. 190Pt영어와 198Pt영어는 이중 베타 붕괴를 할 것으로 예측된다.[107]

2. 3. 화학적 화합물

은백색의 귀금속인 백금은 은보다 단단하고, 전성과 연성이 있다. 냉간 가공도 가능하지만, 보통 800∼1,000 °C로 가열하여 가공한다. 소량의 이리듐을 첨가하면 굳기는 뚜렷하게 증가하지만 전성은 떨어진다. 팽창률은 유리와 거의 같아서, 유리기구의 접합에 편리하다. 금과 은 다음으로 쉽게 모양을 바꿀 수 있으며, 늘여서 가는 선으로 만들거나 망치로 두들겨 얇은 판을 만들 수 있다.[10][11][12]

공기 중의 산소나 황화합물과 거의 결합하지 않아 부식되거나 변색되지 않는다. 강한 산에도 녹지 않지만, 왕수(질산과 염산의 혼합물)에는 가장 잘 녹는다. 비소, 인, 규소와 잘 결합하며, 이리듐, 니켈, 오스뮴, 팔라듐, 로듐, 루테늄과의 합금이 널리 쓰인다.

염화 수소나 질산 등을 섞으면 H2PtCl6가 된다. 분말 또는 백금 해면 형태로는 촉매, 도량형원기, 백금저항온도계, 실험용 도가니, 열전기쌍, 전기접점재료, 발화전, 전극, 화학 장치, 다이, 노즐, 치과 재료, 장식용 등으로 사용된다. 백금이 왕수에 녹는 반응은 다음과 같다.

:\rm Pt + 8HCl + 2HNO_3 \ \longrightarrow \ PtCl_6^{2-} + 2NOCl + 2H^{+} + 4H_2O

공기나 수분에는 매우 안정적이며 고온으로 가열해도 변하지 않고, 산·알칼리에 강하여 내식성이 크다. 다만 왕수에는 서서히 녹고, 가성알칼리와 함께 고온으로 가열하면 침식된다. 플루오린, 염소, 황, 셀레늄 등과 가열하면 반응한다. 고온에서는 탄소를 흡수하고 냉각하면 방출하는데, 이때 백금 표면이 물러지므로 석탄, 코크스 또는 탄소가 많은 환원 불꽃 등으로 가열하는 것은 피해야 한다.

비소, 안티모니, 비스무트, 주석, 납 등과는 녹는점이 백금보다 훨씬 낮은 합금을 만든다. 미세한 분말 형태의 백금은 부피의 100배 이상 수소를 흡수하며, 적열 상태의 백금은 수소를 흡수하여 투과시킨다. 산소, 헬륨 등도 흡수하는데, 흡수된 수소나 산소는 활성화되므로 산화환원의 촉매로 중요하다.

백금의 산화 상태는 보통 +2나 +4이다. +1, +3 산화 상태는 비율이 매우 적다. 백금(II)는 정방정계결정 구조를 띤다. 백금은 다른 기체와 함께 산이 되면 육클로로백금산((H3O)2PtCl6·''n''H2O)가 된다.[108]

: \rm Pt + 4 HNO_3 + 6 HCl \ \longrightarrow \ H_2PtCl_6 + 4NO_2 + 4H_2O

백금 화합물은 이 외에도 다양하다. 아연 화합물의 경우 평평하고 거울처럼 생겼으며 광택이 난다.[109]

백금은 염화 암모늄과 반응하여 육클로로백금산암모늄을 만든다.[110] 백금의 암모늄 화합물은 불용성을 띤다. 이것을 가열하면 수소는 기체가 되어 날아가 순수한 백금으로 돌아가며, 백금은 재활용이 가능하다.[111] 헥사클로로백금산칼륨은 역시 불용성이며, 여기서 칼륨은 칼륨 이온으로 양이온화된다.[112]

헥시클로로백금산의 경우 백금이 염화 백금(IV) 또는 염화 백금(II)의 원소 형태를 띤다.[113] 이 반응은 다음과 같다.

: \rm (H_3O)_2PtCl_6 \cdot nH_2O \ \longrightarrow \ PtCl_4 + 2HCl + (n + 2)H_2O

: \rm PtCl_4 \longrightarrow \ PtCl_2 + Cl_2

: \rm PtCl_2 \longrightarrow \ Pt + Cl_2

백금(II)와 백금(IV), 육플루오린화백금은 산화 상태가 높다.

산화 백금의 화학식은 PtO2이며, 이 형태의 산화 백금은 다른 산과 결합 가능하다.[114] 다음은 그 반응이다.

:\rm 2Pt^{2+} + Pt^{4+} + 4O^{2-} \ \longrightarrow \ Pt_3O_4

백금으로는 항암제를 만들기도 하는데, 백금으로 만든 항암제에는 두 가지가 있다. 하나는 시스플라틴으로 고환 종양에 효과가 있으며, 분자식은 H6Cl2N2Pt이다. 다른 하나는 카보플라틴으로 분자식은 C6H14N2O4Pt이며, 선플라의 유도체이다.

육클로로백금산 이온


백금(II) 화합물 이온


시스플라틴

3. 역사

백금은 자연 상태에서 다양한 강의 충적토에서 발견된다. 고대에는 고대 이집트 제18왕조 시대에 파라오의 장신구로 소량 사용되었다는 증거가 있다. 현존하는 가장 오래된 백금 제품은 루브르 박물관에 보관되어 있는 "테베의 작은 상자"인데, 이는 기원전 720년경부터 기원전 659년경의 것으로 추정된다. 10세기경에는 남미에서도 장신구로 사용되었는데, 이는 당시 이미 고도의 제련 기술이 있었음을 보여준다.[50][51][52]

유럽에서는 1557년 이탈리아 학자 율리우스 카이사르 스칼리게르의 저서에서 백금이 처음 언급되었다. 그는 백금을 다리엔과 멕시코 사이에서 발견되는, 불이나 스페인의 기술로도 녹일 수 없는 불활성 금속이라고 묘사했다.[115] 1741년에는 영국 야금학자 찰스 우드가 자메이카에서 백금 표본을 발견하여 윌리엄 브라운리그에게 보내 연구를 의뢰했다.

스페인 사람들은 백금을 "핀토 강의 작은 은(platina del Pinto)"이라고 불렀는데, 이것이 원소 이름 platinum의 어원이 되었다.[1] 스페인어로 "은"은 'plata'이며, 여기에 작다는 뜻의 접미사를 붙인 'platina'가 백금을 뜻하게 되었다. "은과 같은 것"으로 해석될 수 있다. 이를 라틴어 중성 명사화한 것이 'platinum'이며, 영어 등에서는 그대로 사용하고 있다. 스페인어에서 "백금"은 'platinum'을 스페인어화한 'platino'이며, 'platina'라고 부르지는 않는다.

백금이라는 단어는 네덜란드어 witgoud(wit = 흰색, goud = 금)를 일본어로 번역한 것이다. 에도 시대의 네덜란드 학자 우다가와 료안이 쓴 화학서에 백금의 번역어가 있으며, 료안이 명명하여 일본에서 처음 사용된 용어라고 한다. 현대 중국어에서는 "鉑"이라는 한자를 사용한다.

스페인인들은 남미 침략 시기에 백금을 은으로 오인하여 약탈해 가져갔으나, 은보다 녹는점이 높아 가공하지 못하고 대량으로 폐기했다. 이후 1735년 스페인의 군인이자 탐험가인 안토니오 드 우호아가 프랑스 과학 아카데미의 측량대에 참여하여 페루에 갔다가, 1748년에 백금 광석에 대해 기술하면서 백금이 "재발견"되었다.

지금까지 인류가 생산한 백금의 총량은 약 4000톤, 부피로는 약 200세제곱미터(한 변이 6미터 정도인 정육면체) 정도이다. 희소한 귀금속이기 때문에 "플라티나 티켓"과 같이 구하기 어려운 귀중한 물건을 비유할 때 사용되기도 한다.

3. 1. 고대 및 초기 역사

은과 금의 상징을 합쳐 백금의 연금술 상징(위)이 만들어졌다.


백금은 자연에서 다양한 강의 충적토에서 산출된다. 고대인들이 사용한 증거가 소수 존재한다. 오늘날의 에스메랄다스 근처에 살던 콜럼버스 이전의 미국 사람들은 백금을 백금 합금 공예품을 만드는 데 사용했다.

유럽 문헌에서는 1557년, 이탈리아인 고전학자 율리우스 카이사르 스칼리게르의 저서에 처음으로 백금이 언급되어 있다. 그 저서에 백금은 "어떠한 불이나 스페인의 재주로도 아직 녹일 수 없다."[115]라며 다리엔과 멕시코 사이에서 발견되는 불활성의 금속이라고 묘사되어 있다.

1741년, 영국 야금가 찰스 우드는 자메이카에서 미국의 백금 표본 여럿을 발견하여 자세한 조사를 위해 윌리엄 브라운리그에게 보냈다. 고고학자들은 기원전 1200년경 고대 이집트 무덤에 사용된 금에서 백금의 흔적을 발견했다. 예를 들어, 셰푸누펫 2세의 매장지에서 발견된 작은 상자는 금-백금으로 된 상형 문자로 장식되어 있었다.[50] 그러나 고대 이집트인들이 백금에 대해 얼마나 알고 있었는지는 불분명하다. 그들이 금에 백금이 있다는 것을 인지하지 못했을 가능성이 매우 높다.[51][52]

현대 에콰도르 근처의 원주민들은 백금을 사용하여 백금이 섞인 백금-금 합금 유물을 만들었다. 고고학자들은 일반적으로 남아메리카의 백금 가공 전통을 라 톨리타 문화(기원전 600년경 ~ 서기 200년경)와 연결짓지만, 대부분의 백금 유물이 직접적인 고고학적 발굴이 아닌 골동품 거래를 통해 중고로 구매되었기 때문에 정확한 연대와 위치를 파악하기 어렵다.[53] 이들은 금과 백금 분말을 소결하여 금속을 가공했다. 그 결과 생성된 금-백금 합금은 도구로 형태를 만들기에 충분할 정도로 부드러워졌다.[54][55] 이러한 유물에 사용된 백금은 순수한 원소가 아니라, 팔라듐, 로듐, 이리듐과 같은 소량의 금속이 혼합된 백금족 금속의 천연 혼합물이었다.[56]

3. 2. 유럽으로의 발견

1741년, 영국 야금가 찰스 우드는 자메이카에서 미국의 백금 표본 여럿을 발견하여 자세한 조사를 위해 윌리엄 브라운리그에게 보냈다.[115] 최초로 백금에 대해 언급한 유럽 문헌은 1557년 인문주의자 (이탈리아) 줄리우스 카이사르 스칼리거의 저술에 등장한다. 그는 다리엔과 멕시코 사이에서 발견된 알려지지 않은 귀금속을 묘사하며, "어떤 불이나 스페인의 어떤 기술로도 녹일 수 없다"고 적었다.[57] 스페인인들은 백금을 처음 접했을 때부터 일반적으로 금의 불순물로 여겼고, 그렇게 취급했다. 백금은 종종 버려졌으며, 백금 불순물로 금을 변질시키는 것을 금지하는 공식적인 법령도 있었다.[56]

안토니오 드 울로아는 유럽 역사에서 백금 발견의 공로를 인정받는다.


1735년, 안토니오 드 울로아와 호르헤 후안 이 산타실리아는 8년 동안 콜롬비아와 페루를 여행하는 동안 스페인 사람들이 백금을 채굴하는 원주민들을 목격했다. 울로아와 후안은 희끄무레한 금속 조각이 있는 광산을 발견하여 스페인으로 가져갔다. 안토니오 드 울로아는 스페인으로 돌아와 스페인 최초의 광물학 연구소를 설립했고, 1748년 최초로 백금을 체계적으로 연구했다. 그의 탐험에 대한 역사적 기록에는 백금이 분리되지도 않고 소성되지도 않는다는 설명이 포함되어 있다. 울로아는 또한 백금 광산의 발견을 예상했다. 1748년 보고서를 발표한 후, 울로아는 새로운 금속에 대한 연구를 계속하지 않았다. 1758년 그는 후안카벨리카의 수은 채굴 작업을 감독하기 위해 파견되었다.[57]

1741년, 영국 야금학자 (영국) 찰스 우드[58]는 자메이카에서 여러 콜롬비아산 백금 샘플을 발견하여 추가 조사를 위해 윌리엄 브라운리그에게 보냈다.

1750년, 우드가 보낸 백금을 연구한 후 브라운리그는 왕립 학회에 이 금속에 대한 자세한 설명을 발표하면서, 알려진 광물에 대한 이전의 어떤 기록에서도 이 금속에 대한 언급을 본 적이 없다고 밝혔다.[59] 브라운리그는 또한 백금의 극히 높은 녹는점과 붕사에 대한 내화성을 언급했다. 유럽 전역의 다른 화학자들, 안드레아스 지그문트 마르그라프,[60] 토르베른 베르그만, 옌스 야코브 베르셀리우스, (영국) 윌리엄 루이스, 그리고 피에르 마케르 등이 곧 백금 연구를 시작했다. 1752년 (스웨덴) 헨리크 셰퍼는 "흰 금"이라고 부른 이 금속에 대한 자세한 과학적 설명을 발표했는데, 여기에는 비소를 이용하여 백금 광석을 용융하는 데 성공한 방법에 대한 설명이 포함되어 있다. 셰퍼는 백금이 금보다 가공성이 떨어지지만 부식에 대한 저항력은 비슷하다고 설명했다.[57]

스페인의 군인, 탐험가, 천문학자인 안토니오 드 우호아(Antonio de Ulloa)는 프랑스 과학 아카데미(Académie des sciences)의 자오선 호차 길이 측량대의 일원으로 1735년에 호르헤 후안 이 산타실리아와 함께 페루에 건너가, 1736년부터 1744년까지 남미에 머물렀다. 이 기간 동안 콜롬비아의 핀토 강변에서 은과 비슷한 흰색 금속을 발견하고, 본국에 귀국 후 1748년에 후안과의 공저로 『남미 여러 왕국 기행』을 출판하면서 백금 광석에 대해 기술하고 있다. 이것이 백금의 "재발견"이 되었다.

3. 3. 근대 연구

1741년, 영국 야금학자 찰스 우드는 자메이카에서 백금 표본 여럿을 발견하여 윌리엄 브라운리그에게 보내 자세한 조사를 의뢰했다.[115]

유럽 문헌에서 백금에 대한 최초의 언급은 1557년 이탈리아의 인문주의자 (이탈리아) 줄리우스 카이사르 스칼리거의 저술에 등장한다. 그는 다리엔과 멕시코 사이에서 발견된 알려지지 않은 귀금속을 묘사하며, "어떤 불이나 스페인의 어떤 기술로도 녹일 수 없다"고 적었다.[57] 당시 스페인인들은 백금을 처음 접했을 때 금의 불순물로 여겼고, 종종 버려지기도 했다. 심지어 백금 불순물로 금을 변질시키는 것을 금지하는 공식적인 법령도 있었다.[56]

1735년, 안토니오 드 울로아와 호르헤 후안 이 산타실리아는 8년 동안 콜롬비아와 페루를 여행하는 동안 스페인 사람들이 백금을 채굴하는 원주민들을 목격했다. 울로아와 후안은 희끄무레한 금속 조각이 있는 광산을 발견하여 스페인으로 가져갔다. 안토니오 드 울로아는 스페인으로 돌아와 스페인 최초의 광물학 연구소를 설립했고, 1748년 최초로 백금을 체계적으로 연구했다. 그의 탐험에 대한 역사적 기록에는 백금이 분리되지도 않고 소성되지도 않는다는 설명이 포함되어 있다. 울로아는 또한 백금 광산의 발견을 예상했다. 1748년 보고서를 발표한 후, 울로아는 새로운 금속에 대한 연구를 계속하지 않았다. 1758년 그는 후안카벨리카의 수은 채굴 작업을 감독하기 위해 파견되었다.[57]

1750년, 찰스 우드가 보낸 백금을 연구한 윌리엄 브라운리그는 왕립 학회에 이 금속에 대한 자세한 설명을 발표하면서, 알려진 광물에 대한 이전의 어떤 기록에서도 이 금속에 대한 언급을 본 적이 없다고 밝혔다.[59] 브라운리그는 또한 백금의 극히 높은 녹는점과 붕사에 대한 내화성을 언급했다. 유럽 전역의 다른 화학자들, 안드레아스 지그문트 마르그라프,[60] 토르베른 베르그만, 옌스 야코브 베르셀리우스, (영국) 윌리엄 루이스, 그리고 피에르 마케르 등이 곧 백금 연구를 시작했다. 1752년 (스웨덴) 헨리크 셰퍼는 "흰 금"이라고 부른 이 금속에 대한 자세한 과학적 설명을 발표했는데, 여기에는 비소를 이용하여 백금 광석을 용융하는 데 성공한 방법에 대한 설명이 포함되어 있다. 셰퍼는 백금이 금보다 가공성이 떨어지지만 부식에 대한 저항력은 비슷하다고 설명했다.[57]

4. 용도

백금은 은백색의 귀금속으로, 은보다 단단하고 늘어나거나 펴지는 성질이 있다. 냉간 가공도 가능하지만, 보통은 800∼1,000℃로 가열하여 가공한다. 소량의 이리듐을 첨가하면 단단해지지만, 늘어나는 성질은 줄어든다. 팽창률은 유리와 거의 같아, 유리기구 접합에 편리하다.

순도 99.9% 백금 1리터.


백금은 공기 중의 산소나 황화합물과 거의 반응하지 않아 부식되거나 변색되지 않는다. 강한 산에도 녹지 않으며, 왕수(질산과 염산의 혼합물)에 가장 잘 녹는다. 비소, 인, 규소와 잘 결합하며, 이리듐, 니켈, 오스뮴, 팔라듐, 로듐, 루테늄과의 합금이 널리 쓰인다. 염화 수소나 질산 등을 섞으면 H2PtCl6가 된다.

백금은 다음과 같은 다양한 분야에서 활용된다.

  • '''촉매''': 자동차의 배기가스 정화, 화학 공업에서의 수소화 반응, 연료 전지 등.[96]
  • '''화학적 안정성''': 전극, 도가니, 백금선 등.
  • '''온도계''': 백금 저항 온도계.
  • '''자성체''': 백금 자석 등.
  • '''통화''': 캐나다 메이플리프 플래티넘 화폐, 미국 이글 플래티넘 화폐.
  • '''의료''': 항암제 (시스플라틴) 등.[96]

4. 1. 산업에서의 백금

백금은 여러 가지 독특한 성질 때문에 산업에서 귀하게 사용된다. 우선 백금은 금이나 은처럼 쉽게 모양을 바꿀 수 있어, 늘려서 가느다란 선으로 만들거나 얇은 판으로 가공할 수 있다.[68]

공기 중의 산소나 황화합물과 잘 반응하지 않아 부식되거나 변색되지 않으며, 강한 산에도 녹지 않고 왕수(질산과 염산의 혼합물)에만 녹는다. 이러한 성질 덕분에 백금은 다양한 산업 분야에서 활용된다.[68]

실험실에서는 열과 화학 물질에 강한 백금 용기를 사용하며, 화학 반응 속도를 높이는 촉매로도 많이 쓰인다. 독일의 화학자 되베라이너는 탄화수소 기체가 백금에 닿으면 산화가 빨라지는 것을 발견했는데, 이는 백금이 촉매로 작용하기 때문이다. 자동차 배기가스 정화 장치에는 백금이 촉매 변환기로 사용되어 해로운 오염 물질을 무해한 물질로 바꾼다.[68]

석유 산업에서는 옥탄가가 높은 가솔린을 만들 때, 그리고 아세트산이나 질산 같은 화학 물질을 생산할 때 백금이 촉매로 사용된다. 유리 산업에서는 유리 섬유 제조용 틀을 만드는 데 백금이 쓰인다. 또한 백금은 내부식성, 강도, 굳기, 색깔 등이 뛰어나 보석을 세팅하기에 좋아 장신구 제작에도 널리 사용되며, 고급 수술 도구 재료로도 쓰인다.[68]

백금과 이리듐의 합금은 무게 측정 표준 기기, 전기 장비 접촉 부품, 만년필 펜촉 등에 사용된다. 백금 염은 사진 인화에, 백금 화합물 중에는 암 치료에 사용되는 것도 있다.[68]

자동차용 금속 코어 촉매 변환기의 단면


2014년 기준으로 판매된 백금의 45%는 자동차 배기가스 제어 장치에, 34%는 보석에, 9.2%는 화학 생산 및 석유 정제에, 2.7%는 하드 디스크 드라이브와 같은 전기 응용 분야에 사용되었다. 나머지는 의료, 유리 제조 장비, 투자, 전극, 항암제, 산소 센서, 점화 플러그, 터빈 엔진 등 다양한 용도로 사용되었다.[68]

백금은 19세기 초부터 촉매로 사용되어 왔으며, 자동차 촉매 변환기에서 배기가스 중 탄화수소의 완전 연소를 돕는다. 석유 산업에서는 나프타를 고옥탄가 휘발유로 촉매 개질하는 데 사용된다. 애덤스 촉매는 식물성 기름의 수소화 촉매로 사용되며,[34] 과산화수소의 분해를 촉매하고,[69] 연료 전지에서 산소 환원 촉매로 사용된다.[70] [71]

연료 전지 촉매로서 백금은 수소와 산소의 반응을 최적화하며, 양성자 교환막(PEM) 연료 전지 기술은 녹색 수소 생산과 연료 전지 전기 자동차(FCEV) 도입에 필수적이다.[72][73]

존슨 매티(Johnson Matthey)에서 제작한 국제 미터 원기


1889년부터 1960년까지 미터는 백금-이리듐 합금 막대인 국제 미터 원기의 길이로 정의되었다. 1879년에 만들어진 백금-이리듐 합금 원통은 2019년 5월까지 킬로그램의 정의에 사용되었다.[74]

표준 백금 저항 온도계(SPRT)는 1990년 국제온도눈금(ITS-90)을 정의하는 데 사용되는 온도계 중 하나로, 저항선은 순수 백금으로 만들어진다.[75][76] 백금 저항 온도측정(PRT)은 산업 분야에도 널리 사용된다.

표준 수소 전극은 백금 도금된 백금 전극을 사용한다.[77]

실험실에서는 백금선이 전극으로 사용되며, 열중량 분석에는 백금 팬과 지지대가 사용된다. 백금은 미세 와이어, 부식되지 않는 실험실 용기, 의료 기기, 치과 보철물, 전기 접점, 열전대 등 다양한 금속 제품의 합금제로 사용된다. 백금-코발트 합금은 강력한 영구 자석을 만드는 데 사용되며,[34] 백금 기반 양극은 선박, 파이프라인, 강철 부두에 사용된다.[17] 백금 약물은 다양한 암 치료에 사용된다.[86]

순도가 높은 백금은 보석, 통화, 투자 대상으로 사용되며, 촉매 합금 재료나 백금 나노입자로 가공되기도 한다.

  • '''촉매''': 백금은 촉매 활성이 높아 자동차 배기가스 정화 촉매로 다량 사용된다.[96] 내구성 덕분에 점화 플러그나 배기 센서 등에도 사용된다. 화학 공업에서 수소화 반응 촉매, 연료 전지에도 사용되며, 핫팩 발열 장치에도 사용된다. 과산화수소를 물과 산소로 환원시키는 촉매 작용은 소프트 콘택트렌즈용 과산화수소 소독 시스템에 응용된다.
  • '''화학적 안정성이 요구되는 분야''': 화학적으로 안정적이고 융점이 높아 전극, 도가니, 백금선 등에 사용된다. 킬로그램 원기와 미터 원기도 백금과 이리듐 합금이었다.
  • '''온도계''': 백금 저항 온도계에 사용되며, 13.81 ~ 1234.93 켈빈 범위에서 표준 온도계로 사용된다.
  • '''자성체''': 백금 자석 등 자성체 재료로 사용된다. 망간과의 합금은 GMR(거대 자기 저항 효과)에, 철이나 코발트와의 합금은 결정 자기 이방성에 사용된다.
  • '''통화''': 캐나다 왕립 조폐국의 메이플리프 플래티넘 화폐, 미국 조폐국의 이글 플래티넘 화폐가 발행된다.
  • '''의료 분야''': 시스플라틴이라는 항암제로 널리 사용되며,[96] 혈관 내 치료에서 백금 코일이 색전에 사용된다.


제2차 세계 대전 말기, 일본은 제트 전투기 「추수이」 연료용 과산화수소 생산에 백금을 사용했다. 1944년부터 시작된 「백금 헌납 운동」을 통해 백금을 수집했다.[106]

4. 2. 장신구 및 투자

백금은 ISO 통화 코드 XPT를 사용하는 귀금속 원자재이다. 주화, 금괴, 잉곳 형태로 거래되거나 수집된다. 백금은 불활성 특성 때문에 주로 90~95% 합금 형태로 보석에 사용되며, 그 명성과 본래의 금괴 가치 때문에 이러한 용도로 사용된다. 보석 관련 무역 출판물에서는 보석상에게 미세한 표면 흠집(파티나)을 바람직한 특징으로 제시하여 백금 제품의 가치를 높이려는 시도를 권장한다.[78][79]

바쉐론 콘스탄틴(Vacheron Constantin), 파텍 필립(Patek Philippe), 롤렉스(Rolex), 브라이틀링 등은 한정판 시계 시리즈 생산에 백금을 사용하며, 시계 제작자들은 백금이 변색되지 않고 마모되지 않는 독특한 특성을 높이 평가한다.[80]

경제 상황에 따라 백금 가격은 변동하는데, 지속적인 경제 안정과 성장 기간에는 금 가격의 두 배에 달하기도 하지만, 경제적 불확실성 기간에는 산업 수요 감소로 인해 금 가격보다 낮아지는 경향이 있다.[81] 금은 안전자산으로 여겨지기 때문에 경기 침체기에도 금 가격은 비교적 안정적이다.[82]

18세기 프랑스의 루이 15세는 백금의 희귀성을 들어 백금을 왕에게 어울리는 유일한 금속이라고 선언하기도 했다.[84]

플래티넘은 희귀성 때문에 광고에서 독점성과 부유함을 나타내는 데 사용된다. 예를 들어 "플래티넘" 직불 및 신용 카드는 "금" 카드보다 더 많은 특권을 제공한다.[87]

5. 백금의 산출

천연 백금 덩어리.


백금은 매우 희귀한 금속으로,[22] 지구 지각에서 0.005ppm(1백만분의 0.005)의 농도로만 존재한다.[23][24] 때때로 은과 혼동되기도 하는 백금은 종종 다른 백금족 금속 및 철과의 합금 형태가 아닌, 자연 백금으로 화학적으로 비결합된 형태로 발견된다.

남아프리카 공화국의 백금 광산 항공 사진. 남아프리카 공화국은 전 세계 백금 생산량의 약 80%와 세계적으로 알려진 백금 매장량의 대부분을 차지한다.




백금은 다른 백금족 금속과 함께 상업적으로 니켈과 구리 채굴 및 처리의 부산물로 얻어진다. 구리의 전해 정련 과정에서 은, 금, 백금족 금속과 셀레늄, 텔루륨과 같은 귀금속이 전해조 바닥에 "양극 슬러지"로 침전되는데, 이것이 백금족 금속 추출의 시작점이 된다.[63]

순수 백금이 사광상 또는 다른 광석에서 발견되는 경우, 불순물을 제거하는 다양한 방법으로 이를 분리한다. 백금은 밀도가 높고, 상자성을 띠며, 녹는점이 높고, 염산과 황산에 대한 내성이 있다는 점을 이용하여 불순물을 제거하고 백금을 분리할 수 있다.[64]

백금, 금, 그리고 다른 백금족 금속을 함유하는 원료 백금을 정제하는 방법 중 하나는 ''왕수''로 처리하는 것이다. 이 과정에서 염화 제일철을 첨가하여 금을 침전시키고, 금을 걸러낸 후 염화 백금산 암모늄을 염화 암모늄을 첨가하여 침전시킨다. 염화 백금산 암모늄은 가열하여 백금으로 전환할 수 있다.[65] 침전되지 않은 육염화 백금산염(IV)은 원소 아연으로 환원할 수 있으며, 실험실 잔류물에서 백금을 소규모로 회수하는 데에도 사용된다.[66] 백금 채굴과 정제는 환경에 영향을 미친다.[67]

5. 1. 주요 산출지

백금은 흔히 사력 속에 알갱이나 모래 모양으로 산출되므로, 선광하여 백금광으로 만든다. 유리 상태 또는 다른 동족 원소와의 합금 형태로 산출되며, 주요 산지는 러시아의 우랄 지방, 남아프리카 공화국, 콜롬비아, 캐나다 등이다. 한국에서는 주로 구리를 전기제련할 때 부산물로 얻는다.[22]

미국 몬태나주 베어투스 산맥 스틸워터 광산의 백금-팔라듐 광석


미국 몬태나주 베어투스 산맥 스틸워터 광산의 황화 사문암(백금-팔라듐 광석)


백금은 희유금속 중에서도 특히 희소하여 지각 1톤당 0.001그램이 생산된다. 1킬로그램당 가격은 42000USD이다(2022년 기준).[104]

백금족 원소는 백금을 포함하여 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os)의 6가지 원소를 말한다.

남아프리카 공화국의 부시벨트에는 동서 400km, 남북 300km에 달하는 광대한 암체가 있으며, 백금족을 많이 포함하는 두께 수십 센티미터의 지층이 발견되었다. 이 지층에는 백금과 로듐이 많이 포함되어 있다.

일본에서도 소량이지만 홋카이도의 템마강, 이시카리강의 강모래(사백금)와 니가타현에서 발견되었다.

2004년 백금 생산국 순위는 다음과 같다.

순위국가생산량 (kg)세계 시장 점유율
1남아프리카 공화국160,01374.8%
2러시아36,00016.8%
3캐나다7,0003.3%
4짐바브웨4,4382.1%
5미국4,0401.9%
6콜롬비아1,4000.7%
세계 총 생산량214,000



주요 광산은 다음과 같다.


  • 부시벨트(Bushveld, 남아프리카 공화국)
  • 우랄(Ural, 러시아)
  • 노릴스크-탈나흐(Norilsk-Talnakh, 러시아)
  • 스틸워터(Stillwater, 미국)
  • 서드베리(Sudbury, 캐나다)
  • 그레이트다이크(Great Dyke, 짐바브웨)
  • 마무트(Mamut, 말레이시아)
  • 오케테디(Ok Tedi, 파푸아뉴기니)
  • 폴티모(Portimo, 핀란드)
  • 쿠프르시파(Kufrszyfa, 폴란드)
  • 브레기비베스(Bregjivevës, 알바니아)
  • 초코(Choco, 콜롬비아)
  • 카쇼에이라 광산(Cachoeira mine, 브라질)

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